JP2023112963A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】バッチ式のプラズマ処理装置において基板をより精密にプラズマ処理する。【解決手段】高さ方向に複数段に複数枚の基板を載置可能な基板保持部と、前記基板保持部を収容し、前記基板を加熱する加熱部を有する処理容器と、を備え、前記基板保持部は、誘電体により形成される複数のステージと、複数の前記ステージ内に埋設される第１電極層及び第２電極層と、を有する、プラズマ処理装置が提供される。【選択図】図１

Description

本開示は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
例えば、特許文献１は、ガスを反応管内に供給するとともに、アンテナより発生する磁界成分により当該ガスを活性化させてプラズマを発生させ、複数枚の基板を一度に処理するバッチ式の装置が開示されている。
特開２０１４－９３２２６号公報
本開示は、バッチ式のプラズマ処理装置において基板をより精密にプラズマ処理することができる技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、高さ方向に複数段に複数枚の基板を載置可能な基板保持部と、前記基板保持部を収容し、前記基板を加熱する加熱部を有する処理容器と、を備え、前記基板保持部は、誘電体により形成される複数のステージと、複数の前記ステージ内に埋設される第１電極層及び第２電極層と、を有する、プラズマ処理装置が提供される。
一の側面によれば、バッチ式のプラズマ処理装置において基板をより精密にプラズマ処理することができる。
第１実施形態に係るプラズマ処理装置の構成例を示す概略図。 一実施形態に係る基板保持部の一例を示す断面模式図。 図２の基板保持部の一部を拡大した図。 図２の基板保持部のステージの一例を示す断面模式図。 ステージの断面模式図。 一実施形態に係る支柱部材の一部の断面図。 第２実施形態に係るプラズマ処理装置の構成例を示す概略図。 図７のプラズマ処理装置の断面図。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
本明細書において平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直、円、一致には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直、略円、略一致が含まれてもよい。
プラズマ処理装置の処理容器内では、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）プロセス、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）プロセス等が実行され、これにより、基板上に所望膜が形成される。ところで、基板上に形成される半導体デバイスの微細化に伴い、ＡＬＤプロセスを行う工程が多くなってきている。ＡＬＤプロセスは均一に成膜できる一方で、ＣＶＤプロセスと比較して成膜レートが低く、生産性が低下する。この生産性低下を補うため、バッチ式の処理容器の近傍でＲＦ電力を用いてプラズマを生成したり、数枚の基板を同時に処理する回転式のセミバッチ式プラズマ処理装置の上部でプラズマを生成したりする方法が提案されている。
例えば数枚から数十枚の基板を一括処理するバッチ式のプラズマ処理装置においても、より精密なプラズマ制御を行うことが重要であり、基板を１枚ずつ処理する枚葉装置と同等程度のＲＦ電力を用いたプラズマ処理性能を有し、生産性の高い装置が望まれている。
そこで、本実施形態では、ＲＦ電力をステージ２（図１参照）内に埋め込まれた電極層に供給し、精密なプラズマ制御を行う性能を持ったバッチ式のプラズマ処理装置１を提案する。
＜第１実施形態＞
［プラズマ処理装置］
まず、図１を参照し、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１の構成例について説明する。図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１の構成例を示す概略図である。
プラズマ処理装置１は、処理容器１０、ガス供給部２０、排気装置（図示しない）、制御部９０等を有する。
処理容器１０は、略円筒形状を有する。処理容器１０は、基板保持部５及び台座４を有する。処理容器１０は、基板保持部５を収容し、半導体ウェハを一例とする基板を加熱する例えばヒータ等の加熱部（図示しない）を有する。基板のプラズマ処理中、処理容器１０内は、加熱部により７００℃～８００℃程度に加熱され得る。処理容器１０、基板保持部５及び台座４は、例えば石英等の耐熱材料により形成されている。
基板保持部５は、高さ方向に複数段に配置されたステージ２を有する。本実施形態では、ステージ２は、ステージ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを含み、ステージ２ａとステージ２ｂとの間、ステージ２ｂとステージ２ｃとの間、ステージ２ｃとステージ２ｄとの間にはプラズマ処理空間１０ｓ（図３参照）が設けられている。基板保持部５は、ステージ２ｂ、２ｃ、２ｄ上に複数枚の基板を載置可能である。ステージ２は石英等の誘電体により形成される。基板保持部５には、外周に３本の支柱部材３ａ、３ｂ、３ｃが設けられている。３本の支柱部材３ａ、３ｂ、３ｃは、ステージ２の周方向に均等な間隔で配置され、複数のステージ２を支持する。支柱部材３ａ、３ｂ、３ｃは、台座４に固定されている。台座４は、基板のプラズマ処理中、回転可能である。
ガス供給管２２は、処理容器１０を貫通して水平に延びると共に、処理容器１０内でＬ字状に屈曲して上方に延びる。ガス供給部２０は、ガスソース２１から出力された処理ガスを、ガス供給管２２に通流させ、縦に複数配置されたガス孔２２ａから処理容器１０内に処理ガスを供給する。このようにして複数枚の基板Ｗが載置された基板保持部５を回転させて、サイドフロー式に基板Ｗの外周側から処理ガスを吐出し、複数枚の基板Ｗを同時に成膜する。
処理ガスは、例えば成膜ガス、クリーニングガス、パージガスを含む。なお、図１の例では、ガス供給管２２が１本の場合を示しているが、ガス供給管２２は複数本であってもよい。
処理容器１０の内部はドライポンプ、ターボ分子ポンプ等の排気装置により排気される。制御部９０は、プラズマ処理装置１の動作を制御する。制御部９０は、例えばコンピュータであってよい。プラズマ処理装置１の全体の動作を制御するコンピュータのプログラムは、記憶媒体に記憶されてもよい。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ等であってよい。
図１に示すように、ＲＦ（高周波）電源１６から出力されたＲＦ電力は、分配器１１で分配される。分配されたＲＦ電力は、支柱部材３ａ、３ｂ、３ｃ（以下、総称して支柱部材３ともいう。）の内部に収容された給電線を介して複数のステージ２内に埋設された複数の第１電極層のそれぞれに供給される。
ステージ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは同一直径の円形状であり、中心軸を同一にする。ステージ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、所定の間隔を有して高さ方向に積み上げられている。処理容器１０内は、８００℃～９００℃といった環境になるため、ステージ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは熱的に最も耐久性がある石英により形成されることが好ましい。
［基板保持部］
図２はステージ２の中心軸を通る面で基板保持部５を垂直方向に切断した断面図である。ステージ２には電極層が埋設されている。最上段のステージ２ａには、第２電極層１２ａＧ及び第１電極層１２ａＲが上下に埋設されている。第２電極層１２ａＧは、グラウンド線ＧＬに接続される第２電極層の一例である。第１電極層１２ａＲは、ＲＦ電力を供給する給電線ＲＬに接続される第１電極層の一例である。ステージ２を固定する石英の支柱部材３ａ、３ｂ、３ｃのうち、第２電極層１２ａＧは、支柱部材３ｃ内の空洞に収納されたグラウンド線ＧＬに接続され、第１電極層１２ａＲは、支柱部材３ａ内の空洞に収納された給電線ＲＬに接続されている。
上から二番目のステージ２ｂ内には、第２電極層１２ｂＧ及び第１電極層１２ｂＲが上下に埋設されている。第２電極層１２ｂＧは、グラウンド線ＧＬに接続される第２電極層の一例である。第１電極層１２ｂＲは、ＲＦ電力を供給する給電線ＲＬに接続される第１電極層の一例である。第２電極層１２ｂＧは、支柱部材３ａ内の空洞に収納されたグラウンド線ＧＬに接続され、第１電極層１２ｂＲは、支柱部材３ｂ内の空洞に収納された給電線ＲＬに接続されている。
上から三番目のステージ２ｃ内には、第２電極層１２ｃＧ及び第１電極層１２ｃＲが上下に埋設されている。第２電極層１２ｃＧは、グラウンド線ＧＬに接続される第２電極層の一例である。第１電極層１２ｃＲは、ＲＦ電力を供給する給電線ＲＬに接続される第１電極層の一例である。第２電極層１２ｃＧは、支柱部材３ｂ内の空洞に収納されたグラウンド線ＧＬに接続され、第１電極層１２ｃＲは、支柱部材３ｃ内の空洞に収納された給電線ＲＬに接続されている。
最下段のステージ２ｄ内には、第２電極層１２ｄＧが基板の載置面側に埋設されている。第２電極層１２ｄＧは、グラウンド線ＧＬに接続される第２電極層の一例である。ステージ２ｄ内に第１電極層は設けられていない。第２電極層１２ｄＧは、支柱部材３ｃ内の空洞に収納されたグラウンド線ＧＬに接続されている。
基板保持部５の複数のステージ２ａ～２ｄに埋設された電極層のうち、最上位（処理容器１０の上側）の電極層（第２電極層１２ａＧ）及び最下位（処理容器１０の下側）の電極層（第２電極層１２ｄＧ）はグラウンドに接続される第２電極層である。このようにしてステージ２の最上位及び最下位に設けられた電極層がグラウンドに接続されることでシールドとして機能し、ステージ２と処理容器１０との間でプラズマが生成されることを回避できる。このシールド機能を発揮するために、最上段のステージ２ａ内において第２電極層１２ａＧは、第１電極層１２ａＲよりも上に配置される。
グラウンド線ＧＬは、複数の支柱部材３ａ、３ｂ、３ｃの少なくともいずれかの内部に、複数のステージ２内の第２電極層１２ａＧ、１２ｂＧ、１２ｃＧ、１２ｄＧの少なくともいずれかに繋がるグラウンド線を収容してもよい。支柱部材３のうちの一つのみにグラウンド線ＧＬが収納されている場合、第２電極層１２ａＧ、１２ｂＧ、１２ｃＧ、１２ｄＧはすべて同じ支柱部材３内に収容されたグラウンド線ＧＬに接続される。
ステージ２の上面には浅い円形状の凹みが形成され、凹みの底は基板Ｗを載置する載置面２ｕとなっている。載置面２ｕは円形であり、その直径は基板Ｗの直径よりも大きい。ステージ２の下面にも上面の凹みと対向する位置に同サイズの円形状の凹みがある。下面の凹みの底（底面２ｌ）は円形である。これにより、隣り合うステージ２間にプラズマ生成空間１０ｓ（図３参照）として機能する空間が形成される。
例えば複数のステージ２のうちステージ２ｂ（第１ステージの一例）内の第１電極層１２ｂＲは、ステージ２ｂに隣接するステージ２ｃ（第２ステージの一例）内の第２電極層１２ｃＧに対して、プラズマ処理空間１０ｓを挟んで対向して配置される。ステージ２ｂ内の第２電極層１２ｂＧは、ステージ２ｂに隣接するステージ２ａ（第３ステージの一例）の第１電極層１２ａＲに、プラズマ処理空間１０ｓを挟んで対向して配置される。
第１電極層１２ａＲ、１２ｂＲ、１２ｃＲ（以下、総称して、第１電極層１２Ｒともいう）にはＲＦ電力が供給される。ＲＦ電源１６から出力されたＲＦ電力は、分配器１１で分配されて複数のステージ２ａ、２ｂ、２ｃ内の第１電極層１２ａＲ、１２ｂＲ、１２ｃＲへそれぞれ分配されて供給される。
第２電極層１２ａＧ、１２ｂＧ、１２ｃＧ、１２ｄＧ（以下、総称して、第２電極層１２Ｇともいう）は、インピーダンス調整器１３を介してグラウンドに接続される。ただし、第２電極層１２ａＧ、１２ｂＧ、１２ｃＧ、１２ｄＧは、インピーダンス調整器１３を介さずに直接グラウンドに接続されてもよい。
以上の構成により、ステージ２内のそれぞれの第１電極層１２ＲにＲＦ電力が供給され、ステージ２内に電界が発生する。それぞれの第１電極層１２Ｒに対向するステージ２内の第２電極層１２Ｇはグラウンド電位であり、各プラズマ処理空間１０ｓ（図３参照）で放電現象が生じ、各プラズマ処理空間１０ｓ内にプラズマが生成される。図３は、図２の基板保持部５の一部を拡大した図である。ステージ２ａとステージ２ｂとの間のプラズマ処理空間１０ｓに点線で示すプラズマが生成されている。ステージ２ｂの下のプラズマ処理空間１０ｓに生成されたプラズマは省略している。
図３の例では、第１電極層１２ａＲにＲＦ電力を供給する。これにより、ステージ２ａとステージ２ｂとの間のプラズマ処理空間１０ｓにてプラズマが生成され、ステージ２ｂの載置面２ｕに載置された基板Ｗにプラズマ処理が施される。
同様に、第１電極層１２ｂＲにＲＦ電力を供給する。これにより、ステージ２ｂとステージ２ｃとの間のプラズマ処理空間（図２参照）にてプラズマが生成され、ステージ２ｃの載置面２ｕに載置された基板Ｗにプラズマ処理が施される。
同様に、第１電極層１２ｃＲにＲＦ電力を供給する。これにより、ステージ２ｃとステージ２ｄとの間のプラズマ処理空間（図２参照）にてプラズマが生成され、ステージ２ｄの載置面２ｕに載置された基板Ｗにプラズマ処理が施される。
係る構成により、基板を１枚ずつ処理する枚葉式プラズマ処理装置と同等程度のＲＦ電力を用いた面内均一性の高いプラズマ処理性能を有し、かつ複数枚の基板Ｗを一括して同時成膜することで、生産性の高いプラズマ処理装置１を提供できる。
基板保持部５は、ステージ２ｂ～２ｄのそれぞれに基板Ｗの受け渡し用のリフトピン機構４１を有する。図３では、ステージ２ｂ上の基板Ｗの受け渡し用のリフトピン機構４１のみが図示されている。リフトピン機構４１はリフトピンを昇降させる機能を有し、ステージ２ｂ～２ｄを貫通するそれぞれのリフトピンにより基板Ｗの裏面から基板Ｗを持ち上げて基板Ｗを搬送アームに受け渡したり、基板Ｗを載置面２ｕに載置したりするように構成されている。
各ステージ２の載置面２ｕから各ステージ２の下面のうち凹部の底面２ｌまでの厚さは約１０ｍｍである。ステージ２のうち、最上段のステージ２ａの上面には凹部及び載置面はなくてもよい。この場合、ステージ２ａの上面から下面の底面２ｌまでの厚さは例えば１０ｍｍ程度である。隣接するステージ２間のプラズマ処理空間１０ｓの高さ、つまり、あるステージ２の底面２ｌから隣接する下段のステージ２の載置面２ｕまでの距離は、例えば６ｍｍ～３０ｍｍ程度である。
リフトピン機構４１が各段のステージ２に設けられ、リフトピンにより基板Ｗの出し入れが行われる。このため、支柱部材３ａ、３ｂ、３ｃは、リフトピン機構４１により持ち上げられた基板Ｗを水平方向に取り出すために必要な幅を確保できる間隔を持って配置されている。また、図２に示すように、支柱部材３ａ、３ｂ、３ｃは、載置面２ｕよりも外周側にて高さ方向に伸び、最上段のステージ２ａから最下段のステージ２ｄまでのすべてのステージ２を通る。支柱部材３ａ、３ｂ、３ｃは、石英等の誘電体にて形成され、中空である。
［電極層］
次に、図４及び図５を参照しながら、第１電極層１２Ｒ及び第２電極層１２Ｇについて更に詳しく説明する。図４（ａ）は、ステージ２の一例としてステージ２ｂを拡大して示す断面模式図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の領域Ｅの拡大図である。図５（ａ）は、図２のＡ－Ａ断面図であり、図５（ｂ）は、図２のＢ－Ｂ断面図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＣ－Ｃ断面図である。
図４及び図５に示す通り、第１電極層１２ｂＲ等及び第２電極層１２ａＧ、１２ｂＧ等はメッシュ状の電極であり、電極線が格子状に配置されている。隣接する電極線の間隔は例えば２ｍｍ～８ｍｍである。本実施形態のように第１電極層及び第２電極層の両方がメッシュ状の電極であってもよいし、一方がメッシュ状の電極で他方がフィルム状の電極であってもよい。第１電極層１２Ｒ及び第２電極層１２Ｇとはいずれも外縁が円形であり、同一の大きさである。
図４（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、円形状のステージ２の直径φは例えば４００ｍｍである。第１電極層１２Ｒ及び第２電極層１２Ｇの外縁部の大きさは、載置面２ｕよりも大きくてもよいし、略同一でもよい。図４（ａ）に示す例では、第１電極層１２Ｒ及び第２電極層１２Ｇの直径φは３３０ｍｍであり、載置面２ｕの直径φは約３０２ｍｍであり、第１電極層１２Ｒ及び第２電極層１２Ｇの外縁部の大きさは、載置面２ｕよりも大きい。
ステージ２ｂの上面から載置面２ｕまでの深さは約０．６ｍｍである。載置面２ｕから第２電極層１２ｂＧまでの距離は、ステージ２ｂの厚さ方向に１ｍｍ～２ｍｍである。第２電極層１２ｂＧから第１電極層１２ｂＲまでの厚さ方向の距離は、２ｍｍ～８ｍｍである。第１電極層１２ｂＲからステージ２ｂの底面２ｌまでの厚さは１ｍｍ～２ｍｍである。
図４（ａ）の領域Ｅを拡大した図４（ｂ）を参照すると、第２電極層１２ｂＧのメッシュ状（格子状）の電極線間の空隙１２３のそれぞれには誘電体で形成された柱部１２２が配置されている。柱部１２２は例えば石英から形成されている。柱部１２２はステージ２ｂの石英間に固定される。
第２電極層１２ｂＧは金属、ステージ２ｂは石英により形成されている。このため、基板Ｗのプラズマ処理時に基板保持部５の温度が５００℃～７００℃以上に高温になった場合、第２電極層１２ｂＧとステージ２ｂとの熱膨張差により、第１電極層１２Ｒ及び第２電極層１２Ｇを挟みこむステージ２にストレスが加わる。これに対して空隙１２３に柱部１２２を設けることで、ステージ２へのストレスを緩和することができる。
柱部１２２の高さは、１ｍｍ～２ｍｍである。前述のとおり第２電極層１２ｂＧの隣接する電極線の間隔は、２ｍｍ～８ｍｍである。第１電極層１２Ｒについても第２電極層１２Ｇと同様に、電極層がメッシュ状である場合、メッシュ状の電極線間の空隙１２３に石英の柱部１２２が配置される。
なお、図４（ｂ）に示すように、第２電極層１２ｂＧは電極引き出し線ＢＬと接続され、コネクト部ＣＮを介してグラウンド線ＧＬに接続される。第１電極層１２ｂＲは図示しない電極引き出し線と接続され、コネクト部を介して給電線ＲＬに接続される。図４ではグラウンド線ＧＬ及び給電線ＲＬを収容する支柱部材３を省略している。載置面２ｕには、エンボス加工により微細な凸部２ｕ１が形成され、基板Ｗは凸部２ｕ１上に載置されることになる。
分配器１１にて分配され、各段のステージ２の第１電極層１２Ｒに供給されるＲＦ電力は、概ね２００Ｗ～３００Ｗであるが、これに限らない。
図５（ｂ）に示すように、第１電極層１２ｂＲへの給電は、メッシュ状の電極線の端部一か所から行う。他の第１電極層１２Ｒへの給電も同様である。本実施形態では、支柱部材３ａ、３ｂ、３ｃのいずれにも供給線ＲＬ及びグラウンド線ＧＬが１本ずつ収容されている。各供給線ＲＬは第１電極層１２ａＲ、１２ｂＲ、１２ｃＲのいずれかに接続され、各グラウンド線ＧＬは第２電極層１２ａＧ、１２ｂＧ、１２ｃＧ、１２ｄＧの少なくともいずれかに接続される。グラウンド線ＧＬは支柱部材３ａ、３ｂ、３ｃのいずれかに１本収容されてもよい。
支柱部材３のいずれかには複数の供給線Ｒ及び／又はグラウンド線ＧＬが収容されていてもよい。支柱部材３のいずれかには供給線Ｒ及び／又はグラウンド線ＧＬが収容されていなくてもよい。
図６は、一実施形態に係る支柱部材３の一部の断面図である。支柱部材３の内部は空洞であり、図６（ａ）の例では支柱部材３の内壁は石英が露出している。図６（ｂ）の例では、支柱部材３の内壁が金属膜又は金属の筒状部材１３４にて覆われている。金属膜又は金属の筒状部材１３４は、グラウンドに接続され、ステージ２内のそれぞれの第２電極層１２Ｇを接地させるためのグラウンド線ＧＬとして機能してもよい。
図６（ａ）の例では、石英の支柱部材３内に供給線ＲＬ及びグラウンド線ＧＬが１本ずつ収容されている。供給線ＲＬ及びグラウンド線ＧＬは、石英の固定部材１３３を貫通している。供給線ＲＬ及びグラウンド線ＧＬは、固定部材１３３により接触することなく配線されている。
図６（ｂ）の例では、金属膜又は金属の筒状部材１３４をグラウンド線ＧＬすることで、支柱部材３内には供給線ＲＬのみを配線している。中央の供給線ＲＬと外側の金属膜又は金属の筒状部材１３４（グラウンド線ＧＬ）とにより、高周波をシールドした同軸構造を形成できる。供給線ＲＬは、石英の固定部材１３３を貫通している。これにより、供給線ＲＬは、グラウンド電位の金属膜又は金属の筒状部材１３４に接触することなく配線されている。なお、電気的ショートを防止するために、供給線ＲＬ自体を石英等のセラミックスの筒で覆うようにしてもよい。
インピーダンス調整器１３（図２参照）は、グラウンド線ＧＬに設けられている。ＲＦ電源１６から出力されたＲＦ電力は分配され、一部のＲＦ電力は第１電極層１２ａＲに供給され、プラズマ処理空間１０ｓに生成されたプラズマを介して第２電極層１２ｂＧからグラウンドへ流れる。また、一部のＲＦ電力は第１電極層１２ｂＲに供給され、プラズマ処理空間１０ｓに生成されたプラズマを介して第２電極層１２ｃＧからグラウンドへ流れる。更に、一部のＲＦ電力は第１電極層１２ｃＲに供給され、プラズマ処理空間１０ｓに生成されたプラズマを介して第２電極層１２ｄＧからグラウンドへ流れる。
インピーダンス調整器１３は、第２電極層１２ｂＧ、１２ｃＧ、１２ｄＧからグラウンドへ流れる高周波の電流量を変えることができる。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに生成されるプラズマの広がり（拡散の程度）やプラズマ密度等を制御でき、基板Ｗのプラズマ処理をより精密に制御できる。
＜第２実施形態＞
［プラズマ処理装置］
次に、図７を参照し、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１の構成例について説明する。図７は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１の構成例を示す概略図である。
第２実施形態に係るプラズマ処理装置１が第１実施形態に係るプラズマ処理装置１と異なる構成は、第２実施形態には、プラズマ生成機構３０が設けられ、第１実施形態にはかかる構成が存在しない点である。よって、プラズマ生成機構３０を中心に説明し、第１実施形態において説明した構成の重複説明を省く。
プラズマ生成機構３０は、処理容器１０の外部側壁に配置され、ＲＦ電力を供給する対向電極を有し、プラズマ生成機構３０内でプラズマを生成するリモートプラズマ源として機能する。プラズマ生成機構３０は、例えばＮ２ガスをプラズマ化して、Ｎラジカル等の活性種を生成する。
プラズマ生成機構３０内の構成例について図８を参照して説明する。図８は、図７のプラズマ処理装置を水平方向に切断した断面図であり、プラズマ生成機構３０の断面構成を含む。プラズマ生成機構３０は、プラズマ区画壁３２、一対のプラズマ電極（対向電極）３３、給電ライン３４、ＲＦ電源３５及び絶縁保護カバー３６を有する。
プラズマ区画壁３２は、処理容器１０の外壁に気密に溶接されている。プラズマ区画壁３２は、例えば石英により形成される。プラズマ区画壁３２は断面凹状をなし、処理容器１０の側壁に形成された開口３１を覆う。開口３１は、基板保持部５に支持されている全ての基板Ｗを上下方向にカバーできるように、上下方向に細長く形成される。プラズマ区画壁３２により規定されると共に処理容器１０内と連通する内側空間、すなわち、プラズマ生成空間には、ガス供給管２３が配置されている。一方、ガス供給管２２は、プラズマ生成空間の外の処理容器１０の内側壁に沿った基板Ｗに近い位置に設けられている。
一対のプラズマ電極３３は、それぞれ処理容器１０の高さ方向に細長い形状を有し、プラズマ区画壁３２の両側の壁の外面に、上下方向に沿って対向配置されている。各プラズマ電極３３の下端には、給電ライン３４が接続されている。
給電ライン３４は、各プラズマ電極３３とＲＦ電源３５とを電気的に接続する。ＲＦ電源３５は、各プラズマ電極３３の下端に給電ライン３４を介して接続され、一対のプラズマ電極３３に例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を供給する。これにより、プラズマ区画壁３２により規定されたプラズマ生成空間内にＲＦ電力が印加される。
ガス供給管２３のガス孔２３ａから吐出されたガス（例えばＮ２ガス）は、ＲＦ電力が印加されたプラズマ生成空間内においてプラズマ化され、これにより生成されたガスの活性種が開口３１を介して処理容器１０の内部へと供給される。絶縁保護カバー３６は、プラズマ区画壁３２の外側に、該プラズマ区画壁３２を覆うようにして取り付けられている。
第２実施形態に係るプラズマ処理装置１によれば、プラズマ生成機構３０においてガス（例えばＮ２ガス）を解離させ、プラズマ生成機構３０からＮ２ガス等の活性種を処理容器１０内に供給することができる。基板保持部５では、各ステージ２間のプラズマ処理空間１０ｓにおいて、プラズマが生成される。例えば、ガス供給管２２のガス孔２２ａから供給されたガス（例えばＳｉＨ４ガス）を解離させ、また、プラズマ生成機構３０から供給されたＮ２ガス等の活性種をプラズマ処理空間１０ｓにおいて再解離させることができる。これにより、より精密なプラズマ処理を基板Ｗに施すことができる。
以上に説明したように、第１及び第２実施形態にかかるプラズマ処理装置１によれば、ＲＦ電力を供給する第１電極層１２Ｒ及びグラウンド電極である第２電極層１２Ｇをメッシュ状の金属で構成し、それらの金属層を石英板のステージ２で封止する構造とする。つまり、一枚の石英板のステージ２の中に２枚の電極層を埋め込み、例えば一方の第１電極層１２ＲにＲＦ電力を供給し、他方の第２電極層１２Ｇをグラウンド電位にする。このような構造のステージ２を積み上げることで石英板のステージ２が高さ方向に複数段配置されたバッチ式のプラズマ処理装置１を提供することができる。
係る構成のプラズマ処理装置１において実行されるプラズマ処理方法では、第１電極層１２ＲにはＲＦ電力を供給し、第２電極層１２Ｇをグラウンドに接続する。基板保持部５の複数段に配置されたステージ２間のプラズマ処理空間１０ｓにプラズマを生成し、基板保持部５に保持された複数枚の基板Ｗをプラズマ処理する。これにより、複数枚の基板Ｗを同時に処理可能なバッチ式のプラズマ処理装置１において、基板Ｗをより精密にプラズマ処理し、生産性を向上させることができる。
今回開示された実施形態に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
１ プラズマ処理装置
２、２ａ～２ｄ ステージ
３、３ａ～３ｃ 支柱部材
５ 基板保持部
１０ 処理容器
１１ 分配器
１２Ｒ 第１電極層
１２Ｇ 第２電極層
１３ インピーダンス調整器
１６ ＲＦ電源
３０ プラズマ生成機構
４１ リフトピン機構

Claims (19)

  1. 高さ方向に複数段に複数枚の基板を載置可能な基板保持部と、
    前記基板保持部を収容し、前記基板を加熱する加熱部を有する処理容器と、を備え、
    前記基板保持部は、誘電体により形成される複数のステージと、複数の前記ステージ内に埋設される第１電極層及び第２電極層と、を有する、プラズマ処理装置。
  2. 高さ方向に複数段に複数枚の基板を載置可能な基板保持部と、
    前記基板保持部を収容し、前記基板を加熱する加熱部を有する処理容器と、
    前記処理容器の外部側壁に配置され、ＲＦ電力が供給される対向電極を有し、プラズマを生成するプラズマ生成機構と、を備え、
    前記基板保持部は、誘電体により形成される複数のステージと、複数の前記ステージ内に埋設される第１電極層及び第２電極層と、を有する、プラズマ処理装置。
  3. 前記第１電極層及び／又は前記第２電極層はメッシュ状又はフィルム状の電極である、
    請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記第１電極層及び／又は前記第２電極層がメッシュ状である場合、前記メッシュ状の空隙を貫通して誘電体の柱部が配置される、
    請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記第１電極層にはＲＦ電力が供給され、前記第２電極層はグラウンドに接続される、
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記第２電極層はインピーダンス調整器を介してグラウンドに接続される、
    請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 複数の前記ステージのうち第１ステージ内の前記第１電極層は、前記第１ステージに隣接する第２ステージ内の前記第２電極層に、プラズマ処理空間を挟んで対向し、前記第１ステージ内の前記第２電極層は、前記第１ステージに隣接する第３ステージ内の前記第１電極層に、プラズマ処理空間を挟んで対向し、
    前記第１ステージ内及び前記第３ステージ内の前記第１電極層にＲＦ電力が供給されると、前記基板保持部は、前記第１ステージと前記第２ステージとの間、及び前記第１ステージと前記第３ステージとの間の前記プラズマ処理空間にプラズマを生成し、複数枚の前記基板をプラズマ処理するように構成される、
    請求項５又は請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記基板保持部は、複数の前記ステージのそれぞれに前記基板の受け渡し用のリフトピン機構を有する、
    請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記基板保持部は、複数の前記ステージのそれぞれに前記基板を載置する載置面を有する、
    請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記第１電極層及び前記第２電極層の外縁は円形状であり、前記第１電極層及び前記第２電極層の外縁は、前記基板よりも大きい又は同一である、
    請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記第１電極層の外縁と前記第２電極層の外縁とは同一の大きさである、
    請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
  12. 前記基板保持部は、前記載置面よりも外周側にて高さ方向に伸びる、前記誘電体にて形成された中空の複数の支柱部材を有する、
    請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  13. 複数の前記支柱部材の少なくともいずれかの内部に、複数の前記ステージ内の前記第２電極層に接続されるグラウンド線を収容する、
    請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
  14. ＲＦ電力を出力するＲＦ電源を備え、
    複数の前記支柱部材の少なくともいずれかの内部に、前記ＲＦ電源と複数の前記ステージ内の前記第１電極層とを接続する供給線を収容する、
    請求項１２又は請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
  15. 複数の前記支柱部材の内壁は、金属膜又は金属の筒状部材にて覆われ、
    前記金属膜又は前記金属の筒状部材は、グラウンドに接続され、複数の前記ステージ内の前記第２電極層を接地させるグラウンド線として機能する、
    請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  16. ＲＦ電力を出力するＲＦ電源と、
    前記ＲＦ電源から出力されたＲＦ電力を分配する分配器と、を備え、
    複数の前記ステージ内の複数の前記第１電極層へＲＦ電力を分配して供給する、
    請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  17. 複数の前記ステージのうち、複数の前記ステージ内において前記第２電極層は、前記第１電極層よりも上に配置される、
    請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  18. 複数の前記ステージ内に埋設される第１電極層及び第２電極層のうち、最上位及び最下位の電極層は、前記第２電極層である、
    請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  19. 前記請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
    第１電極層にＲＦ電力を供給し、
    第２電極層をグラウンドに接続し、
    基板保持部の複数段に配置されたステージ間の空間にプラズマを生成し、前記基板保持部に保持された複数枚の基板をプラズマ処理する、プラズマ処理方法。
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